Control de nivel eficiente en calderas de vapor

Control de nivel eficiente en calderas de vapor

Descubra cómo mantener un nivel de agua constante en las calderas de vapor sin necesidad de usar válvulas de alimentación.

En las calderas de vapor, mantener constante el nivel de agua es fundamental para lograr un funcionamiento fiable y un vapor de alta calidad. Existen varias formas de controlar la cantidad de agua de una caldera. En esta tarea, exploraremos las tres más comunes y ofreceremos una solución alternativa.

La primera estrategia es también la más sencilla. Aquí, el nivel de agua se regula mediante bombas de alimentación que arrancan y se detienen según una señal recibida desde un interruptor de nivel. Cuando el agua alcanza el nivel de arranque, las bombas comienzan a bombear grandes cantidades de agua hacia la caldera.

A pesar de ser un modo muy asequible de diseñar el sistema, esta estrategia presenta varios inconvenientes: La irrupción repentina de agua fría reduce la cantidad de vapor y su presión, causando variaciones en la producción de vapor.

Estos cambios de temperatura originan también un estrés térmico que reduce la vida útil del sistema. Además, este brusco funcionamiento, con numerosos arranques y paradas, supone un desgaste para las bombas.

Un modo de subsanar estos problemas consiste en regular el nivel de agua por medio de una válvula de alimentación, controlada mediante un sensor de nivel instalado en la caldera. La válvula de alimentación permite regular la cantidad de agua que entra en la caldera en función del consumo real de vapor. El resultado es un nivel de agua y una presión de vapor constantes en todo momento.

No obstante, esta estrategia exige que las bombas de alimentación funcionen de manera continua. Asimismo, para prevenir el sobrecalentamiento de los cierres mecánicos, se debe instalar también un circuito de by-pass. Ello aumenta el consumo energético, puesto que ahora las bombas transportan a través del sistema más agua de la realmente necesaria para mantener el nivel adecuado en la caldera.

La propia válvula es también una fuente de problemas. Su mantenimiento es costoso y produce una pérdida de presión, lo que aumenta aún más el consumo energético. De hecho, como regla general, se considera que una válvula incrementa su factura energética en un 25 %, en comparación con un sistema sin válvulas.

Para reducir esta pérdida de presión, existe una tercera estrategia que combina la válvula de alimentación con bombas de velocidad variable. Las bombas de velocidad variable ajustan su funcionamiento de acuerdo con las señales recibidas desde un sensor de presión instalado delante de la válvula de alimentación, lo que minimiza la presión diferencial a través de la misma. De este modo, se logra una reducción en el consumo energético derivado del funcionamiento de las bombas. Sin embargo, esta estrategia sigue requiriendo un sistema de by-pass y una válvula de alimentación para controlar el nivel de agua.

En Grundfos recomendamos otra estrategia. Cuando se usan bombas de velocidad variable para controlar directamente el nivel de agua, las válvulas de alimentación se hacen innecesarias. Y, sin válvulas de alimentación, no es necesario un circuito de by-pass. Las bombas simplemente ajustan su régimen de acuerdo con la demanda, ofreciendo un funcionamiento exento de problemas, una menor complejidad del sistema y un ahorro energético considerable en todo momento.

De hecho, en un sistema de caldera con una producción de vapor de 20 toneladas por hora a 16 bar, una pérdida de presión de 5 bar a través de la válvula de alimentación al 100 % de carga de la caldera y un perfil de carga estándar, el ahorro energético anual supera los 20.000 kWh.

Además, la bomba puede contar con menos etapas y un motor más pequeño, puesto que ya no tiene que compensar la pérdida de presión a través de la válvula.

En conjunto, el ahorro energético obtenido proporcionando alimentación directa a la caldera equivale al precio de una costosa válvula de alimentación nueva cada año, incluido el mantenimiento.

En resumen:

Existen cuatro estrategias principales de control para regular el nivel de agua en una caldera de vapor.

La estrategia de arranque/parada es asequible, pero reduce tanto la vida útil del sistema como la calidad de la producción de vapor.

La válvula de alimentación garantiza un funcionamiento exento de problemas, pero aumenta el consumo energético como resultado de la pérdida de presión a través de sí misma.

La combinación de una válvula de alimentación y una bomba de velocidad variable reduce la pérdida de presión, pero sigue basándose en costosas válvulas de alimentación y sistemas de by-pass.

Sin embargo, al controlar el nivel de agua usando sólo bombas de velocidad variable inteligentes, se combina el funcionamiento exento de problemas que ofrece la estrategia de las válvulas con la sencillez y eficiencia del sistema de arranque-parada, con lo que resulta un coste de capital menor y un excelente ahorro energético.